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JPS5812328B2 - Fractional crystallization method - Google Patents
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JPS5812328B2 - Fractional crystallization method - Google Patents

Fractional crystallization method

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Publication number
JPS5812328B2
JPS5812328B2 JP54168063A JP16806379A JPS5812328B2 JP S5812328 B2 JPS5812328 B2 JP S5812328B2 JP 54168063 A JP54168063 A JP 54168063A JP 16806379 A JP16806379 A JP 16806379A JP S5812328 B2 JPS5812328 B2 JP S5812328B2
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Japan
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aluminum
heat
crystals
crystal
impure
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JP54168063A
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Japanese (ja)
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JPS5589439A (en
Inventor
ロバ−ト・キムボ−ル・ドウレス
ロバ−ト・ア−ネスト・グラジア−ノ
ア−サ−・アンゲロ・ボナレツト
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Alcoa Corp
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Aluminum Company of America
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Publication date
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム精製の改良に関するものであり、
再に詳細にはアルミニウム精製のための分別結晶方法の
改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in aluminum refining,
More specifically, the present invention relates to improvements in fractional crystallization methods for aluminum purification.

天然資源、特にエネルギー資源の限界についての意識が
高まっているので付替給源の生成にかなりの努力が払わ
れてきた。
Due to increasing awareness of the limits of natural resources, particularly energy resources, considerable efforts have been made to generate alternative sources of supply.

この要望を実現するのに格別に将来性があると考えられ
るような供給源は核融合反応装置で得られるエネルギー
である。
A source that appears to have particular promise for realizing this desire is the energy obtained from fusion reactors.

しかしながら、包含される放射性物質の隔離、すなわち
閉じ込めが必要なために、後に廃棄問題を生じない反応
装置用の材料を開発するためにかなりの研究がもう始ま
っている。
However, due to the need for isolation, or confinement, of the radioactive materials involved, considerable research has already begun to develop materials for reactors that do not present later disposal problems.

例えば、反応装置に高純度のアルミニウムを使用すれば
、このような材料の放射能は、アルミニウムの純度の程
度に応じて操業休止後数週間以内に、百分の1ほどにも
なる。
For example, if high-purity aluminum is used in the reactor, the radioactivity of such material will be reduced by a factor of 100 within a few weeks after shutdown, depending on the degree of purity of the aluminum.

これに比較して、ステンレス鋼を同一の適用に使用する
場合には、この減衰には約千年かかることになり、この
ような材料の廃棄では明らかに困難な問題を生じる。
In comparison, if stainless steel were used in the same application, this decay would take approximately 1,000 years, creating obvious difficulties in the disposal of such materials.

超伝導体の安定化でも、高純度及び極高純度のアルミニ
ウムの使用に関心が高まってきている。
There is also growing interest in the use of high-purity and ultra-high-purity aluminum in stabilizing superconductors.

この適用では電気抵抗が非常に低くなる低温学的温度、
例えば4°Kで電気エネルギーを搬送する。
The cryogenic temperature at which the electrical resistance becomes very low in this application,
For example, it transports electrical energy at 4°K.

このような低温ではアルミニウム金属の純度が高ければ
高い程、その抵抗は低くなる、すなわちその伝導度が高
くなる。
At such low temperatures, the higher the purity of the aluminum metal, the lower its resistance, ie the higher its conductivity.

先行技術でアルミニウムを精製するのに使用した方法を
優先結晶法、あるいは分別結晶法と呼んでいる。
The methods used in the prior art to purify aluminum are called preferential crystallization or fractional crystallization.

このような結晶方法はジャレット(Jarrett)そ
の他が米国特許第3,211,547号明細書で、又ヤ
コブス(Jacobs)が米国特許第3,301,01
9号明細書で開示している。
Such crystallization methods are described by Jarrett et al. in U.S. Pat. No. 3,211,547 and by Jacobs in U.S. Pat. No. 3,301,01.
This is disclosed in Specification No. 9.

これらの特許では溶融したアルミニウムの表面から熱を
取り去って、不純な溶融アルミニウム中により高い純度
のアルミニウム結晶を生成させることを包含している。
These patents involve removing heat from the surface of molten aluminum to produce higher purity aluminum crystals in the impure molten aluminum.

次に純粋な固体のアルミニウム結晶をタンピングして結
晶装置の底部に詰め込む。
Pure solid aluminum crystals are then tamped and packed into the bottom of the crystallizer.

次に不純な溶融アルミニウムを装置から流出させ、続い
て純粋なアルミニウムを再び溶融させ、次に再溶融させ
る前に結晶の間に含有している不純な溶融アルミニウム
による希釈度に基いて純度の異なった1個又は数個の部
分にして取り出すことができる。
The impure molten aluminum is then flowed out of the apparatus, followed by remelting the pure aluminum, and then varying the purity based on the degree of dilution by the impure molten aluminum contained between the crystals before remelting. It can be taken out in one piece or in several pieces.

添付の図面では、 第1図は本発明の方法で使用する分別結晶炉の横断立面
図を模式的に示すものであり、 第2図は取り出した仕込み品の百分率に対して画いた不
純なアルミニウム中のケイ素の濃度係数を示すグラフで
ある。
In the accompanying drawings, Figure 1 schematically shows a cross-sectional elevation of a fractional crystallization furnace used in the method of the invention, and Figure 2 shows the impure fraction plotted against the percentage of the charge removed. It is a graph showing the concentration coefficient of silicon in aluminum.

本発明によれば、 (a)精製用の容器中で不純なアルミニウム本体を溶融
状態にし、 (b)アルミニウム結晶を生成させることによって、共
晶不純物を取り出すために不純なアルミニウム本体の表
面の熱を取り去ると、該結晶は濃縮された不純物を含有
する部分を構成している残りの液体アルミニウムよりも
高純度であり、熱を取り去っている表面からこの結晶を
移動させ、結晶の一部を容器の底部の近傍の床に集め、
且つ (C)容器の底部の近傍に集めた結晶の一部を溶融させ
るために底部の近傍の本体に熱を加えて、溶融した部分
を熱を取り除いている表面から結晶を移動させる作用に
よって結晶中で動かし、且つ溶融部分は不純物を本体の
上方部に運ぶ、工程から成る、分別結晶法によって不純
なアルミニウムを精製する改良方法を提供するものであ
る。
According to the present invention, the surface of the impure aluminum body is heated to remove the eutectic impurities by (a) bringing the impure aluminum body into a molten state in a refining vessel; and (b) forming aluminum crystals. Once the crystals are removed, the crystals are of higher purity than the remaining liquid aluminum that makes up the part containing the concentrated impurities, and the crystals are removed from the surface that is removing the heat, and a portion of the crystals are placed in a container. Collect it on the floor near the bottom of the
and (C) heat is applied to the body near the bottom in order to melt some of the crystals collected near the bottom of the container, and the crystals are removed by the action of moving the crystals from the surface that removes the heat. The present invention provides an improved method for purifying impure aluminum by fractional crystallization, comprising the steps of moving the aluminum inside and the molten part transporting the impurities to the upper part of the body.

さて、第1図を参考にして、所望によっては加熱するこ
とのできる断熱壁体62のある、本発明の改良された分
別結晶方法用の容器60を示す。
Referring now to FIG. 1, there is shown a vessel 60 for the improved fractional crystallization process of the present invention having an insulating wall 62 which can be heated if desired.

容器には内側壁体66を通って脱出することのある溶融
アルミニウムに対する障壁になる粉末アルミナから成る
層64があるのが好ましい。
Preferably, the container has a layer 64 of powdered alumina that provides a barrier to molten aluminum that may escape through the inner wall 66.

壁体66は溶融アルミニウム68に対して汚染源として
作用しない物質から成っているべきである。
Wall 66 should be made of a material that does not act as a source of contamination for molten aluminum 68.

壁体66は高純度のアルミナ、すなわちアルミナ少なく
とも90重量%、好ましくは92ないし99重量%を基
質とする耐火物で作成するのが好ましい。
The wall 66 is preferably made of high purity alumina, a refractory based on at least 90% by weight alumina, preferably 92 to 99% by weight.

このような耐火物はアランダム(Alundum)VA
−112なる名称でマサチューセッツ州(Massac
husetts)、ウースター(Worcester)
のノルトン社(NortonCompany)から購入
することができろうこの材料を粉末の形態で壁体66に
し、次に焼結させて剛性を与える。
Such refractories include Alundum VA
-112, Massachusetts (Massachusetts)
husetts), Worcester
This material, which may be purchased from Norton Company, Inc., is formed into the wall 66 in powder form and then sintered to provide rigidity.

これは溶融アルミニウムに透浸されそうもない単一体の
内張りを形成し、従って後に記載するように本発明の底
部加熱方式で使用するのより適切である。
This forms a unitary lining that is less likely to be penetrated by molten aluminum and is therefore more suitable for use in the bottom heating system of the present invention, as described below.

例えば、物質収支のチェックでは最初の仕込み品の99
.7重量%の採取率を示し、ライニングの浸透はほとん
どないか、あるいは全くないことを示している。
For example, when checking the material balance, 99
.. It showed a recovery rate of 7% by weight, indicating little or no penetration of the lining.

アランダムのような高純度のアルミナライニングを使用
すれば、めったに汚染を生じない。
High purity alumina linings such as Alundum rarely cause contamination.

例えば、鉄又はケイ素による最大の汚染はFe約2pp
m及びSi3ppmであり、この中の若干は取り出し口
のプラッグ又はその種の他の物の汚染のせいであるかも
知れない。
For example, the maximum contamination with iron or silicon is about 2pp Fe.
m and 3 ppm Si, some of which may be due to contamination of the outlet plug or the like.

その上更に、高純度品を製造するためには、やはり避け
るべきである側壁固化は、このようなライニングを使用
すれば炭化ケイ素などのような材料を使用する先行技術
よりも問題が少ない。
Furthermore, sidewall solidification, which should also be avoided in order to produce high purity products, is less of a problem with such linings than in the prior art using materials such as silicon carbide and the like.

容器の壁体の温度は、溶融アルミニウム本体から熱が外
に、ほとんど又は全く流れないように断熱又は加熱によ
って制御する。
The temperature of the vessel walls is controlled by insulation or heating so that little or no heat flows out of the molten aluminum body.

溶融アルミニウムを固化させるために自由表面で熱を取
り出すか又は取り去り、これを固化サイクルと呼ぶが、
これで溶融金属の自由表面及びその直下の帯域で純粋な
アルミニウムの分別結晶を引き起す。
Heat is extracted or removed at the free surface to solidify molten aluminum, which is called a solidification cycle.
This causes fractional crystallization of pure aluminum at the free surface of the molten metal and in the zone immediately below it.

できることなら、容器壁での溶融金属の固化は防止する
べきであり、あるいは多少固化が起る場合でも溶融体の
10%以上にはするべきでない。
If possible, solidification of the molten metal on the vessel walls should be prevented, or even if some solidification occurs, it should not exceed 10% of the melt.

実際には容器壁で固化する溶融アルミニウムで自由表面
又はその下の帯域で起る分別結晶を汚染させるべきでな
い。
In practice, molten aluminum solidifying on the vessel wall should not contaminate the fractional crystals occurring on the free surface or in the zone below.

本発明の方法では、溶融アルミニウムを分別結晶によっ
て精製するための容器60の中に導入する。
In the method of the invention, molten aluminum is introduced into a vessel 60 for purification by fractional crystallization.

アルミニウム供給源はアルミニウム99.6J量%から
成るのが代表的である、第一次アルミニウムであっても
よく、あるいはフープス・セル(Hoopes cel
l)として公知の電解槽で製造されるような、アルミニ
ウムが99.9重量%、あるいは99.993重量%の
ような、より純度の高いアルミニウムであってもよい。
The aluminum source may be primary aluminum, typically consisting of 99.6J% aluminum, or a Hoopes cell.
It may also be a higher purity aluminum, such as 99.9% by weight aluminum, or even 99.993% by weight aluminum, as produced in an electrolytic cell known as 1).

前記のジャレットその他による米国特許第3,211,
547号明細書に記載してあるように、アルミニウム中
に残っている不純物を分別結晶法によって取り除くため
に、第1図に示してあるように帯域70でアルミニウム
の純度の高い結晶を生成させ、且つ維持するよう速度で
溶融アルミニウムから熱を取り去る。
U.S. Pat. No. 3,211 to Jarrett et al., supra.
As described in the '547 specification, in order to remove remaining impurities in the aluminum by fractional crystallization, high purity crystals of aluminum are produced in zone 70 as shown in FIG. Heat is removed from the molten aluminum at a rate that is maintained.

こうして生成させたアルミニウムの純度の高い結晶は帯
域72の中に重力よって沈降させ、且つ予定量の分別結
晶が起った後に容器の上方部に移動させた、共晶不純物
の多い、残っている不純な溶融アルミニウム74を上方
の取り出し口76を経て流出させることによってアルミ
ニウムの純度の高い、すなわち高純度のアルミニウムか
ら分離することができる。
The pure crystals of aluminum thus produced were allowed to settle by gravity into zone 72, and after a predetermined amount of fractional crystallization had taken place, they were moved to the upper part of the vessel, leaving the remaining eutectic impurity-rich crystals. The impure molten aluminum 74 can be separated from the pure aluminum by flowing out through the upper outlet 76, ie, from the high purity aluminum.

固化工程中に塊状の結晶生成物を崩壊させ、且つ又前記
のジャレットその他の特許明細書に記載してあるように
、帯域T2の中で結晶を圧密する作用もするタンピング
装置78の作用によって結晶沈降工程を促進するのが好
ましい。
The crystals are disintegrated by the action of a tamping device 78 which breaks up the bulk crystal product during the solidification process and also acts to compact the crystals in zone T2, as described in the Jarrett et al. Preferably, the settling process is accelerated.

不純な溶融アルミニウム母液を取り出し口T6を経て取
り除いた後に、容器を加熱して純粋なアルミニウムの結
晶を再び溶融させ、次にこれを下方の取り出し口80を
経て取り出す。
After removing the impure molten aluminum mother liquor via the outlet T6, the vessel is heated to melt the pure aluminum crystals again, which are then removed via the lower outlet 80.

本発明の好ましい見地に従って、固化サイクル中に結晶
を詰め込み、すなわち圧密して、一般に容器の底部領域
72中にある結晶の間から不純な液体を紋り出す。
In accordance with a preferred aspect of the present invention, the crystals are packed or compacted during the solidification cycle to draw out impure liquid from between the crystals, generally in the bottom region 72 of the vessel.

装置の領域72から多少移動させた不純な液体は上方の
取り出し口76を経て取り出し、こうして一般に装置の
底部72にある結晶床の高純度の下方領域を通って、こ
のような液体を流して除去する。
Any impure liquid that has been displaced somewhat from the region 72 of the apparatus is removed via the upper outlet 76, thus forcing such liquid to flow through the lower region of high purity of the crystal bed, generally located at the bottom 72 of the apparatus. do.

固化及び圧密サイクル中には、装置の底部を固化サイク
ル中に加熱することによって、より純度の高いアルミニ
ウムのより大きな部分を得ることができることを見い出
した。
It has been found that during the consolidation and consolidation cycle, a larger portion of higher purity aluminum can be obtained by heating the bottom of the apparatus during the consolidation cycle.

この熱は外部の誘導コイル、あるいはアランダムライニ
ングの中の管の中に包含されている抵抗針金又はグロバ
ーによって供給することができる。
This heat can be supplied by an external induction coil or by a resistance wire or glober contained within a tube within the alundum lining.

上記のノルトン社から購入することのできる炭化ケイ素
タイプのグロバーを使用することができる。
A silicon carbide type glover, which can be purchased from Norton Corporation, mentioned above, can be used.

ずっと前に指摘したように、溶融アルミニウムの浸透を
防止する単一体のライニングを使用すれば、ライニング
中に埋め込んであるこのような加熱装置を使用すること
ができる。
As pointed out long ago, the use of a unitary lining that prevents penetration of molten aluminum allows the use of such heating devices embedded in the lining.

追加保護のために各グロパー110を電導性がなく、且
つ溶融アルミニウムの浸透することのできない物質、例
えばムライトの管の中に挿入することができる。
For additional protection, each groper 110 can be inserted into a tube of a material that is not electrically conductive and impermeable to molten aluminum, such as mullite.

加熱装置は層66の底部に示し(第1図)ではあるが、
追加の加熱要素を側面に配置して有利な効果を得ること
ができることは言うまでもない。
Although the heating device is shown at the bottom of layer 66 (FIG. 1),
It goes without saying that additional heating elements can be placed on the sides to obtain advantageous effects.

固化サイクル中、すなわち表面又はその近傍から熱を取
り去っている間に装置の底部又はその近傍を加熱すれば
、装置の底部の近傍にある結晶の一部を再溶融させるこ
とができる。
Heating at or near the bottom of the device during the solidification cycle, ie, while removing heat from or near the surface, can remelt some of the crystals near the bottom of the device.

この溶融部分は上昇、すなわち結晶床を通って移動して
、これと異に残っている不純な液体を搬送する。
This molten portion rises, ie moves through the crystal bed, carrying with it any remaining impure liquid.

結晶の密度は液相すなわち溶融部分の密度よりも大きい
ので、溶融部分が結晶の中を上昇、すなわち上方こ移動
するのが、装置の底部、あるいは近傍の溶融部分を置換
する傾向のある結晶によって促進されるものと考えられ
る。
Since the density of the crystal is greater than the density of the liquid phase or molten portion, the molten portion rises or moves upward through the crystal, with the crystals tending to displace the molten portion at or near the bottom of the device. It is thought that this will be promoted.

その上、詰め込み、すなわち圧密工程中の底部加熱は、
溶融部分を結晶の間に残っているか、あるいは結晶に接
着している不純物を向伴させて結晶床を通って押し上げ
ることができる点で非常に有利である!底部加熱は、下
方の取り出し口80を通じて取り出すために最後に結晶
全部を再び溶融する場合に、純度水準に悪影響を及ぼす
ことのある不純物を中に含有している底部の液相の固化
を防止することができる点でも有利である。
Moreover, bottom heating during the packing, i.e., consolidation process,
It is very advantageous that the molten part can be pushed up through the crystal bed, entraining any impurities that remain between the crystals or adhere to them! The bottom heating prevents solidification of the bottom liquid phase containing impurities that may adversely affect the purity level when the entire crystal is finally melted again for removal through the lower outlet 80. It is also advantageous in that it can be done.

固イサイクル中には過度の再溶融を防止するために、通
常底部加熱を注意深く制御するべきであることは言うま
でもないことである。
It goes without saying that bottom heating should normally be carefully controlled during the hardening cycle to prevent excessive remelting.

代表的には、固化サイクル中の底部又はその近傍の加熱
は、ある程度までは結晶させるための表面反はその近傍
での熱の取り除き、及び壁体の断熱値に基いて、加熱面
積1平方センチ当りi.iW(i平方フィート当りik
W)よりも実質的に少なくない速度で熱を導入するよう
に制御するべきである。
Typically, heating at or near the bottom during the solidification cycle is limited to a heating area of 1 square centimeter, depending on the removal of heat in the vicinity of the surface and the insulation value of the walls, to some extent. Hit i. iW (ik per i square foot
The heat should be controlled to be introduced at a rate not substantially less than W).

装置の底部での代表的な加熱範囲は0.54〜3.2W
/平方センナ(0.5〜3.0kW/平方フィート)で
ある。
Typical heating range at the bottom of the device is 0.54-3.2W
/sq. senna (0.5-3.0 kW/sq. ft.).

通常底部加熱速度は熱を取り除く速度の何分の一かにな
るように制限することを指摘しておく。
It is noted that the bottom heating rate is usually limited to a fraction of the rate of heat removal.

代表的には、装置の底部又はその近傍での再溶融速度を
結晶化すなわち固化速度の約5ないし25%の範囲内に
なるように制御する場合に、最良の結果を得ることを見
い出した。
Typically, we have found that best results are obtained when the remelting rate at or near the bottom of the apparatus is controlled to be within about 5 to 25% of the crystallization or solidification rate.

しかしながら、これらの速度は、多少詰め込みに使用す
る圧力、及び結晶床の密度に左右されて、速<Vたり遅
くしたりする場合があり得る。
However, these speeds may be lower or lower depending on the pressure used for packing and the density of the crystal bed.

結晶を制御された再溶融するために容器の底部の近傍に
制御された加熱を行う利点は、底部加熱を行って、ある
いは行わないで得ることのできるケイ素についての不純
物水準を示している第2図を参考にして明確に説明され
る。
The advantage of using controlled heating near the bottom of the vessel for controlled remelting of the crystals is that the impurity levels for silicon that can be obtained with or without bottom heating are Clearly explained with reference to figures.

すなわち、第2図では結晶装置から取り出したアルミニ
ウムの量に対して画いたケイ素の濃度係数(仕込み原料
中の禾純物濃度に対する試料中の不純物濃度の比)を示
す。
That is, FIG. 2 shows the silicon concentration coefficient (the ratio of the impurity concentration in the sample to the impurity concentration in the raw material) plotted against the amount of aluminum taken out from the crystallizer.

例えば、装置中のケイ素の初期濃度が360ppmであ
り、且つその濃度係数(cp)が1の場合には、第2図
から、底部加熱を使用することによって取り出したアル
ミニウムの量に対するケイ素の濃度は、通常の固化サイ
クルを使用するケイ素の濃度に比較して高い(3.7)
ことが指摘される。
For example, if the initial concentration of silicon in the device is 360 ppm and its concentration coefficient (cp) is 1, then from Figure 2 it can be seen that the concentration of silicon for the amount of aluminum removed by using bottom heating is , compared to the concentration of silicon using a normal solidification cycle (3.7)
It is pointed out that

高い濃度係数は第一に、第2図で知ることができるよう
に、上方取り出し口を経てより犬量の不純物を取り去る
ことができる点で重要である。
A high concentration factor is important, first of all, in that a greater amount of impurities can be removed via the upper outlet, as can be seen in FIG.

第二に、不純物水準を著しく下げるためには極少量の金
鵬を取り出さなければならない(第2図に示した例では
約30%)。
Second, a very small amount of gold must be removed to significantly reduce the impurity level (approximately 30% in the example shown in Figure 2).

すなわち、第2図からは、通常の固化サイクルでは、不
純物を同程度に除去するためには仕込み品の約60ない
し70%を取り出さなければならないことがわかるであ
ろう。
Thus, it can be seen from FIG. 2 that in a typical solidification cycle, approximately 60 to 70% of the charge must be removed to remove the same amount of impurities.

しかしながら、本発明では仕込み品の60%程を高純度
製品として採取することができる。
However, in the present invention, about 60% of the raw material can be obtained as a high-purity product.

底部加熱を使用することによって精製金属の収率を著し
く増大できることを知ることができる。
It can be seen that by using bottom heating the yield of refined metal can be significantly increased.

一例として第2図を参考にすれば、収率を2倍にするこ
とができることが指摘される。
Referring to FIG. 2 as an example, it is pointed out that the yield can be doubled.

詰め込み圧力及び底部加熱を変えることによって、より
高い濃度係数を得ることができるのは言うまでもない。
It goes without saying that higher concentration factors can be obtained by varying the packing pressure and bottom heating.

すなわち、不純物を更に進んで制御することができるの
で、上方の取り出し口を経てより少ない部分を取り出し
て更に高い収率を得ることすらできる。
That is, the impurities can be further controlled and even higher yields can be obtained by removing a smaller portion via the upper outlet.

底部加熱、並びに圧密で、収率に関してどうしてどのよ
うな利点を示すのかは明確にはわからないが、このよう
に実施すれば、例えば、鉄についての純度係数は二元状
態図で理論的に説明することができるよりもはるかに高
い結果になることが指摘された。
It is not clear why bottom heating and compaction exhibit any advantages in terms of yield, but if carried out in this way, the purity coefficient for iron, for example, can be theoretically explained using a binary phase diagram. It was pointed out that the results are much higher than what can be achieved.

例えば、原科の鉄含有量が0.05重量%の場谷には、
二元状態図では最高純度の物質は最高精製係数37に相
当するFeO.0014重量%を含有するべきである。
For example, Baya, which has an iron content of 0.05% by weight,
In the binary phase diagram, the purest substance is FeO. which corresponds to the highest purification factor of 37. It should contain 0.0014% by weight.

しかしながら、上記の方法を使用して実験を行った場合
には、ある物質はFe0.0005重量%以下を含有し
、FeO.0003重量%という低い値すらあった。
However, when experiments were performed using the method described above, some materials contained less than 0.0005% by weight Fe and FeO. There were even values as low as 0003% by weight.

この特別の精製は底部加熱及び詰め込みという機構のた
めに元の液体のより純度の高い液による置換によってだ
け説明することができるようである。
It appears that this particular purification can only be explained by the replacement of the original liquid by a purer liquid due to the mechanism of bottom heating and packing.

次に結晶は理論市な配分関係に従って、より純度の高い
液体と平衡になる。
The crystal then equilibrates with the purer liquid according to the theoretical distribution relationship.

すなわち液相と平衡になるだめに、固体の結晶を通って
、又固体の結晶から結晶を取り巻いている純度のよい液
相への固体状態の質量移動現象が起るものと考えられる
In other words, it is thought that a mass transfer phenomenon occurs in the solid state through the solid crystal and from the solid crystal to the high-purity liquid phase surrounding the crystal as it reaches equilibrium with the liquid phase.

固化、すなわち結晶生成サイクルは約2ないし7時間の
時間にわたって行わせることができる。
The solidification, or crystallization cycle, can be allowed to occur over a period of about 2 to 7 hours.

装置の底部の加熱は床の底部72(第1図)の近傍の若
干の結晶を部分的に再溶融させるために、同じ時間の間
延長することができる。
Heating of the bottom of the apparatus can be extended for the same amount of time to partially remelt some of the crystals near the bottom of the bed 72 (FIG. 1).

しかしながら底部加熱は固化サイクルの一部にお)で、
典型的には固化サイクルの最後の約2/3の間だけ行う
ことができることを見い出した。
However, bottom heating is part of the solidification cycle).
We have found that this can typically only be done during about the last two-thirds of the solidification cycle.

固化サイクル中に底部加熱を使用するのはもちろんのこ
と、このような加熱は分別結晶装置から結晶を採取する
ための結晶の再溶融中でも有利であることを見い出した
It has been found that as well as using bottom heating during the solidification cycle, such heating is advantageous during remelting of the crystals for harvesting them from the fractional crystallizer.

すなわち通常の表面加熱による非常に純度の高い製品結
晶の再溶融の外に、上に記載したのと同一の方法で装置
の底部に熱を加える。
That is, in addition to remelting the very pure product crystals by normal surface heating, heat is applied to the bottom of the device in the same manner as described above.

再溶融サイクル中に底部加熱を使用することには、これ
が高純度製品中の液相が純度水準を妨害することのある
容器の底部又はその近傍で固化を防止するという利点が
ある。
The use of bottom heating during the remelting cycle has the advantage that it prevents solidification at or near the bottom of the vessel where the liquid phase in high purity products can interfere with purity levels.

更に、高純度の製品を溶融形態にしておけば下方の取り
出し口の開口を容易にする。
Furthermore, having the high purity product in molten form facilitates the opening of the lower outlet.

その上、底部加熱は装置中の結晶床を溶融するのに必要
な時間を短縮して系の総括的な経済性を著しく増大する
Additionally, bottom heating reduces the time required to melt the crystal bed in the device, significantly increasing the overall economy of the system.

代表的には結晶床の溶融には約2ないし5時間が必要で
ある。
Typically, about 2 to 5 hours are required to melt the crystal bed.

下記の実施例でなお更に本発明を説明する。The following examples further illustrate the invention.

実施例 ケイ素360ppm及び他の不純物を含有すアルミニウ
ム合金約908kg(約2000ポンド)を実質的に第
1図に示したような結晶装置に仕込んだ。
EXAMPLE Approximately 2000 pounds of aluminum alloy containing 360 ppm silicon and other impurities was charged to a crystallizer substantially as shown in FIG.

例証を簡単化するためにケイ素だけを追跡する。To simplify the illustration, only silicon will be traced.

仕込み品をまず溶融し、その後、結晶を生成させるため
に溶融物の自由表面から約7.5W/平方センナ(約7
kW/平方フィート)で熱を取り出したが、表面に空気
を吹き流すことによって熱を取り去った。
The charge is first melted and then approximately 7.5 W/sq.
kW/sq ft), but was removed by blowing air over the surface.

操作を約1時間行ってから、底部加熱要素を働らかせて
、約1.1W/平方センナ(約1.OkW/平方フィー
ト)の速度で容器の底部に熱を加えた。
After about one hour of operation, the bottom heating element was activated to apply heat to the bottom of the vessel at a rate of about 1.1 W/senna (about 1.0 kW/sq. ft.).

溶融物の表面又はその近傍での結晶床形成を妨げるため
に約2秒間隔でタンピング装置の刃を装置の中に押し下
げた。
The blade of the tamping device was depressed into the device at approximately 2 second intervals to prevent crystal bed formation at or near the surface of the melt.

結晶が十分生成した後に、結晶を装置の下方部中に詰め
込むため、及び液相を装置の上方部に向けて移動させ、
且つこれと共に不純物を運ぶために刃を下向きに押し下
げた(約毎2秒)。
After sufficient crystal formation, packing the crystals into the lower part of the apparatus and moving the liquid phase toward the upper part of the apparatus;
At the same time, the blade was pressed down (approximately every 2 seconds) to carry away impurities.

刃の圧力はO〜1.4kg/平方センナ(0〜20ポン
ド/平方インチ)の範囲であり、結晶床の生成につれて
増大した。
The blade pressure ranged from 0 to 20 pounds per square inch and increased as the crystal bed formed.

底部加熱では容器の底部又はその近傍で結晶を溶融して
高純度のアルミニウムを生成し、高純度のアルミニウム
が容器の上方領域に上向きに移動するにつれて結晶を排
出することを指摘しておく。
It is noted that bottom heating melts crystals at or near the bottom of the vessel to produce high purity aluminum and expels the crystals as the high purity aluminum moves upwardly into the upper region of the vessel.

熱を取り除いて力ら約3時間、及び仕込み品の約70%
が結晶した後に、筆方の取り出し口を開いて取り出した
最初の金属をケイ素濃度について分析した。
Remove from heat and cook for about 3 hours, and about 70% of the prepared product.
After crystallization, the first metal removed from the opening of the brush was analyzed for silicon concentration.

この試料は第2図中の取り出したゼロ仕込み品に相当す
る。
This sample corresponds to the zero preparation product taken out in FIG.

その後、仕込み品の試料を実質的に第2図に示したよう
に採取した。
Samples of the charge were then taken substantially as shown in FIG.

すなわち、第2図を調べることによって、仕込み品の約
33%を上方取り出し口を経て取り出したことがわかる
That is, by examining FIG. 2, it can be seen that approximately 33% of the charged product was taken out through the upper takeout port.

更に、曲線を調べることによって、固化サイクル中に底
部加熱を使用することにより、特に上方取り出し口に関
する曲線の部分で、通常の方法を使用場合よりもケイ素
がずっと多く濃縮されたことがわかる。
Furthermore, by examining the curves, it can be seen that using bottom heating during the solidification cycle concentrated the silicon much more than using conventional methods, especially in the part of the curve relating to the upper outlet.

上方の取り出し口を経て取り出すために濃縮することの
できる不純物の量が多い程、底部の取り出し口を経て金
属を取り出す時に存在する量が少いことが指摘される。
It is noted that the greater the amount of impurity that can be concentrated for removal via the top outlet, the lower the amount present when removing metal via the bottom outlet.

このように、通常の方法に比較して多量のケイ素不純物
が上方の取り出し口を経て取り出されたので、下方の取
り出し口を経て取り出される金属分は通常の方法で下方
の取り出し口を経て取り出されるものよりもずっと純度
がよかったことを知ることができる。
In this way, a large amount of silicon impurities was extracted through the upper outlet compared to the normal method, so the metal component extracted through the lower outlet was extracted through the lower outlet in the usual way. You can tell that the purity was much better than that of the original.

第1図から、一般に本発明による収率は通常の方法と比
較すれば大体2倍であることがわ力る。
From FIG. 1, it can be seen that in general, the yield according to the present invention is about twice that of conventional methods.

本発明を説明するためにケイ素だけを使用しているけれ
ども、第2図に示した効果は出会うことのある他のどの
共晶不純物についても同じであることは言うまでもない
Although only silicon is used to illustrate the invention, it will be appreciated that the effects shown in Figure 2 are the same for any other eutectic impurity that may be encountered.

更に、第2図で参考にした通常の固化サイクル曲線は底
部加熱をしなかったことを除いて上で説明したのと同一
の方法で得た。
Additionally, the conventional solidification cycle curve referenced in FIG. 2 was obtained in the same manner as described above, except that no bottom heating was used.

その上、第2図では不純物を金属のより小さい容積中に
濃縮することによって、より高い収率を得ることができ
ることを例示している。
Moreover, FIG. 2 illustrates that higher yields can be obtained by concentrating impurities into a smaller volume of metal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の方法で使用する分別結晶炉の横断面の
模式的立面図であり、第2図は取り出した仕込み品の百
分率と不純なアルミニウム中に含有するケイ素の濃度係
数を示すグラフであり、60は容器、62は断熱壁体、
64はアルミナ粉末層、66は内側壁体、68は溶融ア
ルミニウム、70はアルミ分の多い結晶、72は容器の
底部領域、74は不純な溶融アルミニウム、76は上方
取り出し口、78はタツピング装置、80は下方取り出
し口、100はムライト管、110はグロバーである。
Figure 1 is a schematic cross-sectional elevational view of the fractional crystallization furnace used in the method of the present invention, and Figure 2 shows the percentage of the charged material taken out and the concentration coefficient of silicon contained in impure aluminum. 60 is a container, 62 is a heat insulating wall,
64 is an alumina powder layer, 66 is an inner wall, 68 is molten aluminum, 70 is a crystal with a high aluminum content, 72 is a bottom region of the container, 74 is impure molten aluminum, 76 is an upper outlet, 78 is a tapping device, 80 is a lower outlet, 100 is a mullite tube, and 110 is a glover.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1(a)精製用の容器中で不純なアルミニウム本体を溶
融状態にし、 (b)アルミニウム結晶を生成させることによって共晶
不純物を取り出すために、不純なアルミニウムの本体表
面の熱を取り去り、該結晶は、濃縮された不純物を含有
する部分を構成する残りの液状アルミニウムよりも高純
度であり、この結晶を熱を取り去っている表面から離れ
るように移動させ、結晶の一部を容器の底部の近傍の床
に集め、且つ (c)容器の底部の近傍に集めた結晶の一部を溶融させ
るために底部の近傍の本体に熱を加えて、溶融した部分
を、熱を取り除いた表面から離れるように結晶を移動さ
せる作用によって結晶中で動かし、且つ溶融部分は不純
物を本体の上方部に運ぶ、 工程を特徴とする、分別結晶法によって不純なアルミニ
ウムを精製する方法。 2 再溶融した部分及び濃縮された不純物を含有する残
りの部分を結晶床から本体の上方部に紋り出すためにク
ンピングによって結晶を詰め込むことを特徴とする上記
第1項に記載の方法。 3 濃縮された不純物を含有する液状アルミニウムを容
器の上部取り出し口によって容器から取り出して高純度
の結晶の汚染を防止することを特徴とする前記第1項に
記載の方法。 4 不純な部分を除去した後に、アルミニウム結晶を再
度溶融させるが、結晶床の底部の近傍に熱を加えること
によって再溶融を促進させることを特徴とする上記第1
項ないし第3項のいずれか1項に記載の方法。 5 工程(c)で、加熱面積1平方センチ当り0.54
〜3.2Wの速度で熱を加えることを特徴とする前記第
1項ないし第3項のいずれか1項に記載の方法。 6 工程(c)で、加熱面積1平方センチ当り実質的に
1.IWよりも少ない速度で熱を加えることを特徴とす
る前記第1項ないし第3項のいずれか1項に記載の方法
。 7 工程(C)では、工程(b)で熱を取り去っている
速度の5ないし25チの速度で熱を加えることを特徴と
する前記第1項に記載の方法。 8 工程(b)における熱の除去を開始した後に、工程
(c)で熱を加えることを特徴とする前記第1項に記載
の方法。
[Claims] 1 (a) Bringing the impure aluminum body into a molten state in a refining container; (b) Producing the surface of the impure aluminum body in order to remove eutectic impurities by forming aluminum crystals; The heat is removed, the crystals are of higher purity than the remaining liquid aluminum that constitutes the part containing the concentrated impurities, and the crystals are moved away from the surface from which the heat is removed and the part of the crystal is purified. (c) applying heat to the body near the bottom to melt a portion of the crystals collected near the bottom of the container; A method for refining impure aluminum by fractional crystallization, characterized by a process in which the crystal is moved in the crystal by an action that moves the crystal away from the removed surface, and the molten part carries the impurity to the upper part of the body. 2. Process according to item 1, characterized in that the crystals are packed by kumping in order to bring out the remelted part and the remaining part containing concentrated impurities from the crystal bed to the upper part of the body. 3. The method according to item 1, wherein the liquid aluminum containing concentrated impurities is removed from the container through an upper outlet of the container to prevent contamination of the high-purity crystals. 4. After removing the impure portion, the aluminum crystal is melted again, and the remelting is promoted by applying heat near the bottom of the crystal bed.
The method according to any one of Items 1 to 3. 5 In step (c), 0.54 per square centimeter of heated area
3. The method according to any one of paragraphs 1 to 3, characterized in that heat is applied at a rate of ~3.2 W. 6. In step (c), substantially 1. 4. A method according to any one of the preceding paragraphs 1 to 3, characterized in that heat is applied at a lower rate than IW. 7. The method according to item 1, wherein in step (C), heat is applied at a rate of 5 to 25 inches of the rate at which heat is removed in step (b). 8. The method according to item 1 above, wherein heat is applied in step (c) after starting the removal of heat in step (b).
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